Fröccsöntéstől a szerkezeti szimulációig

A 3D-s modell létjogosultságát megalapozza az a tény, miszerint az elterjedt 2,5D-s (héj-) megközelítés számos esetben nem írja le kellő pontossággal a formaüregben kialakuló áramlást. Ilyen esetek például a szálerősített termékekben a szálak orientációja, az áramlás szélesedő vagy szűkülő területeken, valamint a gömbszerű felületek körüli áramlás. Bonyolult geometriájú termékeknél nehézséget okozhat a középfelület meghatározása, különösképpen, ha ezt automatizáltan szeretnénk elvégezni.

Egy szoftvercsalád három csomagban

A Moldex3D szoftvercsalád három programcsomagban kerül a piacra: eXplorer, eDesign, Solid/Shell. 

Moldex3D eXplorer CAD rendszerekbe ágyazott alkalmazás, amellyel főként a formaüreg-kitöltés optimalizálható. Jelenleg Pro Engineer, SolidWorks és NX platformokba integrálható, de a fejlesztők ígérete szerint hamarosan számos további rendszer kiegészítőjévé válhat. Az egyik legnagyobb előnye, hogy nem igényel komolyabb tanulási folyamatot, hiszen a már megszokott rendszerbe ágyazódik. A hálózás teljesen automatizált, ezzel rengeteg idő takarítható meg. A szimulációk gyors elvégzését támogatja a négymagos párhuzamos számítás. Fontos még megemlíteni a több mint 5000 anyagot tartalmazó alapanyag-adatbázist. A fröccsöntési paraméterek beállítása felhasználóbarát felületen történik. A szimuláció eredményei között szerepel többek között az összecsapási helyek, a beszívódásra hajlamos területek, illetve az úgynevezett short shot problémák előrejelzése.

Moldex3D eDesign Hatékony megoldást jelent a szerszámtervezésben. A legelterjedtebb elosztócsatorna és hűtőrendszereket támogatja, ezek könnyedén definiálhatók varázslókon keresztül. Az automatikus hálógenerálás itt is biztosított, és szintén felhasználható az alapanyag-adatbázis. A párhuzamos számítást nyolc magon végezhetjük. A modellkészítés a Designer modulban zajlik, főbb lépései a következők: a geometria importálása STL formátumban, elosztócsatornák definiálása, hálózás. További lépések a szerszám, majd a hűtőcsatornák generálása, végül a modell exportálása. Egyszerű modellek esetén az egész folyamat néhány percet vesz igénybe.

Bonyolultabb hűtőcsatorna-rendszereknél célszerű a csatornák nyomvonalát előkészíteni más CAD rendszerben, majd a középvonalakat például IGS formátumban importálni a Designerbe. Innen fogva nincs más dolgunk, mint az előkészített vonalak attribútumát beállítani hűtőcsatornának, a megfelelő méretekkel (csak kör keresztmetszet). Az elosztócsatornák esetén egyaránt támogatott a kör, a téglalap, illetve a trapéz keresztmetszet, ha pedig ezektől eltérőt szeretnénk alkalmazni, előzetesen be kell modelleznünk CAD rendszerben, majd a formaüreghez hasonlóan STL formátumban importálni a Designerbe.

Az eDesign számos szimulációs lehetőséget biztosít. Az alapvető analízistípusok (kitöltés, utónyomás, hűtés, vetemedés) mellett megtalálható a szálorientáció, illetve a reaktív fröccsöntési (RIM, reactive injection molding) és a többelemes fröccsöntési (MCM, multi component molding) analízis, amely magában foglalja az inzertes és a több komponensű darabok szimulációját. Az utóbbi két alkalmazásnál tranziens hűtésszámítással tovább növelhető az eredmények pontossága. Távoli számítási funkció (remote computing) segítségével a futtatást egyszerűen áthelyezhetjük egy szerverre, amíg saját gépünkön adott esetben egy következő modellt készítünk elő. A szerverre akár több gépről is indíthatunk számításokat.

Ezeket egy számításkezelővel (computation manager) sorba állíthatjuk, rendezhetjük. A számítás végeztével az eredmények egy kattintással letölthetők a saját gépre, ahol elvégezhetjük a kiértékelést. A dokumentációt automatikusan generálhatjuk a szoftver segítségével, miközben a dokumentáció tartalmát előzetesen elkészített sablonnal igényeink szerint változtathatjuk. Az eDesign tartalmazza a későbbiekben részletezett I2 interfészt.

Moldex3D/Solid/Shell A programcsomag kifejezetten az optimalizációt támogatja. A modell előkészítése a Rhinoceros CAD rendszerbe ágyazott hálózóval történik. A bonyolultabb geometriájú formaüregek hálózását manuálisan optimalizálhatjuk. A teljes szerszám szilárdtest-elemekkel hálózható, tetszőleges geometriájú hűtőrendszer vagy elosztócsatorna készíthető. Az előzőekhez képest további analízistípusokkal bővülnek a lehetőségeink, ilyen az optikai analízis és az IC tokozás. Az I2 interfész ebben a programcsomagban is rendelkezésre áll.

Több tényező I2 interfésszel

Mára számtalan, korábban fémből készült szerkezeti elemet váltanak ki a polimer alkatrészek, kimagasló anyagtulajdonságaiknak, kis tömegüknek, kedvező áruknak köszönhetően.  A fröccsöntött termékek viselkedését nagymértékben befolyásolják a feldolgozási paraméterek. Gondoljunk itt a termékben keletkező maradófeszültségekre, szálerősített anyagoknál a szálak orientációjára. A fröccsöntési szimulációval vizsgálható többek között a formaüreg-kitöltés, az utónyomás, a hűtés vagy a darab vetemedése a kidobás után. A Moldex3D I2 interfésze segítségével lehetőség nyílik a fröccsszimulációt követő szerkezeti analízisben figyelembe venni a maradófeszültségeket, a szálorientációt és a hőmérséklet-eloszlásokat. Az exportált adatokat a legelterjedtebb végeselemrendszerekben használhatjuk fel (Ansys, Abaqus, LS-Dyna, MSC Nastran, NE Nastran, MSC Marc). A szálorientációs információk Digimat rendszerben is feldolgozhatók. 

Szálerősített anyagok problémája

A szálerősített anyagok esetén a szálak orientációjából fakadóan különböző anyagtulajdonságokkal találkozunk a termék különböző pontjain.  Gondoljunk csak arra, hogy a falvastagság mentén milyen módon alakul a szálak irányítottsága. Akár hét réteg is kialakulhat, amelyből három réteg vastagsága számottevő. Ezek a szerszámfal mentén folyásirányba orientálódott és ezekre merőlegesen rendeződött rétegek. Ábránkon jól látható, hogyan befolyásolja a darab merevségét a szálak iránya. Bonyolultabb alkatrészek esetén a kitöltés függvényében tovább súlyosbodik a helyzet. A szálorientációból fakadóan tíz-, de akár százezer különböző anyagtulajdonsággal is szembe találhatjuk magunkat.

A korábban említett CAE rendszerek ennyi anyagtípust nem tudnak kezelni, illetve nem is feltétlenül kifizetődő mindegyiket figyelembe venni. Az I2 interfésszel ezt a rendkívül magas számot redukálhatjuk, így a kis eltéréseket a szálorientációban figyelmen kívül hagyhatjuk. Tisztában kell lennünk azonban azzal, hogy a szálorientációból származó anizotrópia figyelembevétele érdekében növelnünk kell a szerkezeti analízis során használt elemszámot. Ez természetesen a számítási időt is növeli, a nagyobb energiabefektetés azonban pontosabb, a valóságot jobban megközelítő eredményekhez vezet.